基于系统修的城市轨道交通车辆检修制度研究

沈国强，贺德强，刘旗扬，刘建仁

（1.广西制造系统与先进制造技术重点实验室（广西大学机械工程学院），广西南宁530042；2.南宁中车轨道交通装备有限公司，广西南宁530021）

绿色装备技术

基于系统修的城市轨道交通车辆检修制度研究

沈国强1，贺德强1，刘旗扬1，刘建仁2

（1.广西制造系统与先进制造技术重点实验室（广西大学机械工程学院），广西南宁530042；2.南宁中车轨道交通装备有限公司，广西南宁530021）

针对国内现行城市轨道交通车辆检修制度中存在的车辆投运率过低、车辆运营成本和维修成本过高等不足，提出一种基于系统修的检修制度。该检修制度以车辆零部件为最小检修单元，将现行检修制度中需要进行停库检修的双周检、季度检、年检等检修项目的检修内容分配到24个不同的修程，修程内容利用列车运营的“天窗期”进行检修。通过计算分析表明，该系统修检修模式能够显著减少车辆的扣修时间，提高车辆的投运率。

轨道交通车辆；检修制度；修程；系统修

城市轨道交通车辆对运行安全、运行频率以及准点率有较高的要求，车辆维修涉及到日常检修、定修、架大修等级别，并根据各维修级别的不同安排，设计有不同的检修制度。据统计，轨道交通车辆的维修成本占整个轨道交通维修成本的35%～40%.因此，研究车辆检修制度，对确保车辆安全运营[1]，减少车辆段配属车辆数量，降低运营成本和维修成本、延长车辆寿命具有重要的意义。国内外学者对现有检修制度进行了完善和改进，取得了许多有效的成果。如利用“均衡修”的检修模式提高车辆投运率[2-4]；文献[5]提出了延长检修周期、建立状态修与系统修相结合的检修制度、故障部件采用专业化集中修、换检修等车辆检修制度改革；文献[6]描述了日本电动车辆新的维修体系，提出将检查周期相近的装置、机器列为一组，以组为单位进行维修；文献[7]提出最佳地安排列车自由窗，以便有足够时间于用于定期维护以确保线路所需列车；文献[8]提出一种以可靠性为中心的车辆检修周期优化模型，对车辆零部件的检修周期进行优化，降低了车辆检修成本。

目前，国内外轨道交通运营部门大多只是提出利用天窗期进行维修和对车辆检修周期进行优化，而基于详细修程从而大幅减少扣修时间的研究相对较少。

本文提出基于系统修的检修制度，将现行的双周检、三月检、半年检和年检等检修内容均匀的分配至24个修程，达到真正不停库检修，充分利用“天窗期”时间进行检修，提高车辆投运率，降低车辆运营和维修成本。

1 现行城市轨道交通车辆检修制度分析

现有的城市轨道交通车辆维修制度，基本上依照铁路维修经验对车辆等设备进行定期的预防性维修[9]，包括日检、双周检、三月检、半年检、年检、架修和大修等，日常维修只能在列车退出每日运营后进行。

1.1 城市轨道交通车辆检修方式类别及利弊

（1）定期修：定期修是在固定时间内检查、维护和修理。定期修的好处是可以提前预先避免故障，使设备始终处于良好的运行状态。由于是一种未发生故障的预防性修理，所以不可避免的造成一定程度的资源浪费。

（2）状态修：以车辆设备发生的故障统计为基础，通过不断对车辆设备各方面状况进行详细检测，检测结果与设备发生故障时的状态进行比较，从而确定是否进行维修的一种检修制度。这种维修制度优点在于：1）对车辆设备的维修可以做到按需实施，从而能够延长车辆各个零部件的寿命；2）提高检修的精准性和效率，减少检修劳动强度和检修资源的消耗，这种检修制度对于检修设备的先进性和检修人员的能力素质都有极大的要求，目前在实际应用中还存在一定的局限性，需要与其他检修制度一起配合实施。

（3）故障修：指设备在运行过程中发生故障而停止运行，或者是在定期修和状态修过程中发现故障，而对车辆设备进行的一种维修。它可以在一定程度上节约维修资源，提高车辆设备的用时；不足之处在于它对车辆故障发生的不可预知性，会对安全和运营造成较大影响，所以应当尽量避免。

（4）互换修：轨道交通车辆在运行过程中发生故障时，检修工作人员及时将损坏的零部件拆卸下来，换上相应的部件安装到正在检查的车辆或发生故障的车辆上。这种维修方式具有很高的适用性，在初期资金不足或者对营运能力要求不高的情况下，采用该维修方式造成的影响不是太大；容易造成车辆设备的长时间停运，甚至对其他的车辆设备也会造成影响。

1.2 城市轨道交通车辆修程、周期及停库时间对比

东京是第一个拥有地铁系统的亚洲城市，其地铁系统比较发达，列车到发站时间较短。东京地铁采用以换件修为主、现车修为辅的维修方式，从而达到提高车辆周转速度，减少配属车辆，提高车辆使用率的目的，如表1所示。东京正在改革地铁车辆的检修作业模式，计划通过系统维修策略提高列车的可用度[9]。

表1 东京地铁检修制度

我国城市轨道交通车辆的检修制度基本沿用的是国内铁路车辆的检修经验，现行颁布的《地铁设计规范》中的许多概念仍没有脱离干线铁路的框架。在现行城市轨道交通车辆段和停车场的设计和规划中，车辆绝大部分仍采用日常维护和定期维修相结合的检修制度，即预防性计划维修制度[10]。

香港地铁是世界上少有的盈利地铁公司，他们的检修修程分为A、B、C三个等级，并成功的运用在在二动二拖地铁车辆，如表2所示。通过大量的换件修和均衡修。香港地铁将本来集中安排在某几个检修时间段内的检修作业任务分配至天窗期或者低级别的修程中进行，使整个检修工作分散和系统化，从而使繁重的检修任务变得简单有序[11]。

表2 香港地铁检修制度

北京地铁于1971年开始运营，截至2016年底，北京城市轨道交通系统共有19条、总长574公里的运营线路。目前，北京轨道交通的车辆保有量多，其检修模式对于车辆的运行调度以及维修费用有很大的影响。目前，北京城市轨道交通主要线路采用的检修模式已经比较成熟，采用基于以预防为主的计划维修，如表3所示。

表3 北京地铁车辆采用的检修修程、周期以及停修时间

上海地铁的车辆运用检修还处于积累经验和逐步完善的过程，上海地铁1号线的运营实践表明，一些常规的预防性检修项目逐步过渡到状态修并实行换件修[12]。

表4 上海地铁车辆采用的检修修程、周期以及停修时间

从以上几个典型城市的轨道交通检修制度情况可知，国内城轨车辆目前基本上实行以计划预防修为主的检修制度，有些城市的维修模式还在不断地改进和完善。与国外城轨车检修制度相比，我国的检修制度由于发展时间短，还存在以下不足：

（1）由于车辆部件具有不同的寿命和维修周期，各个级别的检修作业内容复杂，维修内容有较大冗余度，从而使得有些部件不能及时维护，一些部件进行了不必要的维修。

（2）车辆停库扣修时间过长，使得车辆的利用率较低、列车未能充分发挥运能。

（3）检修任务集中而繁重，使得维修效率低，维修内容冗余度较大，存在一定程度的资源浪费，造成车辆维修成本过高。而城镇化的加快和客流量与日剧增对维修效率要求更高。

2 城市轨道交通车辆检修制度投运率分析

2.1 检修停库时间分析

（1）日检：检修作业范围主要是对乘客服务界面、受电弓、蓄电池组、空调机组、车灯、走行部、贯通道、牵引电机、车体、车门、车钩缓冲装置、各种电气装置等部件进行外观检查，对危及行车安全及司机报修的故障进行处理。日检是在车辆结束每日的正常运营之后在车库进行，不占用运营时间，一般不计入维修停时。

（2）双周检、三月检：检修作业范围主要是对乘客服务界面、受电弓、蓄电池组、空调机组、车灯、走行部、贯通道、牵引电机、车体、车门、车钩缓冲装置、各种电气装置等部件的技术状态和作用进行检查及必要的性能试验，重点修复危及安全的故障。双周检是扣留在库内进行检修的，耗时1天，扣修的一天不能正常运营，维修停时记为1天，同理，三月检停时记为2天。

（3）定修：年检的检修作业范围主要是取下蓄电池等部件，检查和修理其技术状态和作用，以及进行必要的试验；对计量仪表进行检验；检查和修理诸如转向架、轮对、牵引电机等重要部件的技术状态和作用；对完成检修的车辆进行静调和试车，并达到检修要求。年检需要入库进行检修，年检的扣修时间为11天。

2.2 城市轨道交通车辆投运率分析

城市轨道交通车辆投运率Pt指的是投入运营的最大列车数Mmax与线路车辆配属数量Mall之比：

城市轨道交通车辆每年的平均停库时间（Ta）可以由车辆的各级检修停库时间（Ti）计算而得，其计算公式如下：

式中Ti为每级检修的年停库时间（天）总和，t1为每级检修的每次停库检修时间（天），mi为每级维修每年需进行作业的次数。

以某地铁1号线现行维修制度为例，1号线总共30列车。

年检停库时间t1=11，检修次数m1=1，三月检停库时间t2=2，检修次数m2=3，双周检停库时间t3=1，检修次数m3=20.

将上述t1，t2，t3，m1，m2，m3分别代入式（2），则每列车年停库时间为：

Ta=t1m1+t2m2+t3m3=1×11+2×3+1×20=37

则30列车年总停时为：T=TaN=37×30 =1 110天·列

每天停运检修车辆数为：n=T/250（除去节假日）≈5列

考虑到轨道交通车辆的实际运营情况，线路所配属的车辆会因进行整改或者临修处理故障而停运1～2列车。使得每日停运车辆数为6～7列。

现行的维修模式使得线路每天停运数量较多，造成车辆的投运率过低，运行成本较高，随着客流量的增加、运行间隔时间的缩短以及配属车辆数的增加，现行的检修模式已不能满足供车数量的要求，必须进一步优化检修模式，提高车辆的投运率。

3 基于系统修的城市轨道交通车辆检修制度

系统修是基于对零部件故障周期以及列车可靠度的充分掌握基础上，通过将列车检修修程调整为与零部件故障周期相适应，在管理上最大限度地提高效率和创造合适的维修条件，从而可以极大地减少列车的停库检修时间，提高列车的利用率和保证列车可靠运行的一种修程。系统修的检修特点是在不降低列车检修强度、不违背车辆维修手册和降低检修作业质量的提前下，通过规程调整、工艺和作业流程优化，提高检修质量及风险控制，达到保质保量提高供车效率的目的。

3.1 城市轨道交通车辆运行天窗期

城市轨道交通的运营时间一般为5：00～24：00，并且客流量具有早高峰和晚高峰时段特点。图1所示为某城市列车在不同时段的运行分布图，可见运行列车数在不同时段各有不同。一般称列车不上线运营时间为列车运行天窗，显然每天有些时段、一些列车存在天窗期。如果利用运行天窗期对列车进行维护、检修，则可以大大降低检修对运营的影响。

图1 某城市列车全日运行计划和列车运行天窗期

3.2 城市轨道交通车辆系统修检修制度建立流程

城市轨道交通车辆由大量具有具体功能的零部件组成，这些零部件可能会产生故障，其中有些故障影响到车辆的基本性能和运行品质，甚至危及到安全，而大部分的故障对车辆系统设备和车辆整体没有直接影响。因此，可以利用这种故障特性调整维修时间，建立系统修制度。

参照现有的检修制度确定系统修预计的检修间隔期，并尽量与现有检修制度一致，预定的间隔期可以考虑以日、周、月、季、年为预定间隔期，根据零部件不同的维修间隔期，把各零部件预防性维修工作按间隔时间加入到合适的预定间隔期。系统修检修制度的确立可以分为4个阶段：

第1阶段：将车辆系统设备和部件进行分类拆分直至分解到最小的维修单元。

第2阶段：对各维修单元进行可靠性维修过程分析，根据可靠性分析确定重要零部件的故障分布，从而确立零部件的合理检修周期。

第3阶段：根据各零部件检修周期分布和每个天窗期检修能力进行分析计算，结合车辆修程和设计数据，确定各零部件各修程的检修范围。

第4阶段：制定车辆维修计划、检修规程和检修工艺等指导文件，逐步建立基于系统修的轨道交通车辆检修制度。

3.3 基于系统修的城市轨道交通车辆检修制度修程分析

原修程的双周检，三月检，年检等检、维修内容要求车辆在某固定时间停运数日以对车辆进行集中维修。系统修则将若干小时数的维修工作划分若成干修程，并依据其维修间隔期和零部件故障对车辆运营的影响大小将其分布在较长时间内完成，由于维修单元时间小，因此维修时仅需充分利用车辆每天运营高峰回库的天窗期时间，并不需要全天进行。基于系统修的修程分化如图2所示，系统修将列车全年需要扣车18天的检修内容分配到不需扣车的天窗期进行维修。

图2 系统修检修制度的车辆修程分化

如图2所示，本文将系统修修程分为24个，城市轨道交通车辆系统零部件较多，有些零部件故障间隔时间较短，每个修程都需要进行检修，有些零部件的可靠性时间比较长，只需在某几个修程进行检修即可。系统修对零部件进行可靠性分析，得到其最佳检修周期，结合现行检修制度零部件预定的间隔期，将零部件双周检、三月检、年检的检修内容分配到不同的修程。原有检修内容进行整合后划分到24个不同的修程（X1～X24），每个月安排X1～X24中的2个修程。图3表示某列车的系统修修程安排。

图3 某列车的系统修修程安排

3.4 基于系统修的城轨车辆检修制度投运率分析

系统修的检修模式利用天窗期进行检修。由图1可以看出，以一条线30辆车为例，在每日运营的9点到17点之间，非运营高峰期，大概有10列车在库内等待，不需上线运行，系统修利用列车在库内等待的时间对这10列车进行检修。按照现行检修制度，每天要停运的列车数约为6～7辆，则能投入运营的最大车辆数为辆，列车的投运率为。系统修充分利用列车运行的天窗期进行检修，计划内检修不需要进行停库扣修，除去每天因进行整改或者临修处理故障而停运1～2列，则能投入运营的最大车辆数为辆，系统修的列车投运率能达到。实现了轨道交通列车无需停运集中检修，而又能保证列车能够正常运营的目标，明显提升了列车投运率。

4 结束语

本文介绍了基于系统修的城市轨道交通车辆检修模式，利用运营的天窗期来对车辆的检修制度进行改进和完善。将车辆的双周检、三月检、年检等检修等级的检修内容分散至24个不同的修程中。通过计算比较得知，采用系统修的检修模式能够充分的利用天窗期进行检修，在保证车辆可靠运营的前提下，提高了车辆的投运率，降低了车辆的运营成本和检修成本。

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Research on Maintenance System of Urban Rail Transit Vehicle Based on System Repair

SHEN Guo-qiang1，HE De-qiang1，LIU Qi-yang1，LIU Jian-ren2
（1.Key laboratory of Guangxi manufacturing system and advanced manufacturing technology，Nanning Guangxi 530004，China；2.Nanning CRRC Rail Transit Group Co.，Ltd.，Nanning Guangxi 530021，China）

As operating and maintenance cost of urban rail vehicle are too high and the using rate of the vehicle is low，the maintenance system based on the system repairing is proposed.The minimum maintenance unit of the maintenance system is parts，the current maintenance system need the vehicle to stay in the repair shop during the bi-weekly，quarterly and annual inspection，the maintenance items are distributed to 24 different courses in the maintenance system.The 24 courses use the train operation of the"window period"for maintenance.The result shows that the new maintenance system can reduce the deduction time of the vehicle and improve the delivery rate of the vehicle.

rail transit vehicle；maintenance system；repair procedures；system repair

U231.94

A < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0190-05

2017-02-30

广西科技攻关项目（桂科攻1598009-6）；南宁市科技攻关项目（20151021）；广西制造系统与先进制造技术重点实验主任课题（15-140-30S003）

沈国强（1989-），男，广西玉林人，硕士研究生，主要研究方向为轨道车辆故障诊断与智能维护；贺德强（1973-），男，湖南桃江人，博士，教授，博士生导师，研究方向：列车信息系统、故障诊断与智能维护。